天文学家发现“不会死亡”恒星的新线索

来源：天文物理

当一颗恒星表现得就像它爆炸了一样，但它仍然存在时，会发生什么?大约在170年前，天文学家目睹了一场大爆发，它是银河系中已知最亮的恒星之一。爆炸释放的能量几乎和标准超新星爆炸释放的能量一样多，船底座海山二星活了下来。对爆发的解释已经被天体物理学家所忽略，他们不能让时光机器回到19世纪中期，用现代科技来观察爆发。然而，天文学家可以使用自然的“时间机器”，这是由于光在空间中以有限的速度传播。不是直接朝向地球，而是来自爆发的一些光从星际尘埃中反弹或“回声”，现在正在到达地球。这种效应被称为光回波。光线就像一张明信片，在邮寄过程中丢失，170年后才到达。

博科园-科学科普：通过使用地面望远镜对延迟光进行现代天文取证，天文学家发现了一个惊喜。对19世纪40年代喷发的新测量显示，物质膨胀速度破纪录，达到天文学家预期速度的20倍。观察到的速度更像是超新星爆炸中爆炸冲击波所喷射出速度最快的物质，而不是在它们死前从大质量恒星发出相对缓慢和缓的风。基于这些数据，研究人员认为，喷发可能是由三颗吵闹的兄弟恒星之间长时间恒星争斗引发，这三颗恒星摧毁了一颗恒星，并将另外两颗恒星留在了双星系统中。这场争斗的高潮可能是一场猛烈的爆炸，埃塔·卡里纳伊吞噬了它的两个同伴中的一个，将太阳质量的十倍以上送入太空。喷出的物质产生了巨大的两极叶，类似于当今图像中所见的哑铃形状。

这张六面图显示了一种可能的情况，即170年前的大爆炸来自于恒星系统Eta Carinae。埃塔最初是一个三星系统。系统中有两个巨大的恒星(A和B)在轨道上运行，第三个伴星C在更远的地方运行。图片：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

研究结果由亚利桑那州图森市亚利桑那大学的Nathan Smith领导的研究小组和马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所的Armin博士共同发表。在智利的Cerro Tololo美洲天文台，从2003年以来，在可见光图像中发现了可见光的回声。研究小组在同样位于智利的麦哲伦天文台和双子天文台使用更大的望远镜，利用光谱学分析了光线，使他们能够测量喷出物的膨胀速度。

他们记录到物质以每小时超过2000万英里的速度快速移动(足够快，几天内从地球到冥王星)。这一发现为解开围绕泰坦尼克号惊厥的谜团提供了新的线索。在1837年至1858年之间，泰坦尼克的惊厥使其成为地球上第二亮的夜间恒星。这些数据暗示了它是如何成为银河系中最明亮、最巨大的恒星的。在一颗似乎发生了强烈爆炸的恒星上看到了这些非常高的速度，但不知何故，这颗恒星幸存了下来。要做到这一点，最简单的方法是使用一种冲击波，这种冲击波会离开恒星，将物质加速到非常高的速度。

通常情况下，当大质量恒星的核心坍缩形成中子星或黑洞时，它们会在由冲击波驱动的事件中最终消亡。天文学家在超新星爆炸中发现了这一现象。那么，如何让一颗恒星爆炸，产生一个由冲击波驱动的事件，但这还不足以完全摧毁它自己呢？一定是某种剧烈的事件将适量的能量注入了恒星，导致它将外层喷射出去。但能量还不足以完全湮灭恒星。有一种可能是两颗恒星的合并，但很难找到一种方案能与Eta Carinae的所有数据相匹配。

研究人员认为，要解释围绕着爆发所观察到的大量事实，最直接的方法是通过三颗恒星的相互作用来解释，即物体交换质量。如果是这样的话，那么现在剩余的双星系统一定是从三星系统开始的。之所以认为一个疯狂的三星体系的成员之间存在相互作用，是因为这是对当今的同伴如何在其更大的同胞之前迅速失去外层的最好解释。在该研究小组提出的设想中，两颗巨大的恒星正围绕着更近的轨道运行，另一颗则在更远的地方运行。

当最巨大近距离双星接近生命的尽头时，它开始膨胀并将大部分物质倾倒在比它小一点的双星上。这个兄弟姐妹现在的体重已经达到太阳的100倍，而且非常明亮。这颗恒星目前只有大约30个太阳质量，它的氢原子层被剥离，露出了炽热的氦核。热氦核恒星被认为是大质量恒星生命进化的高级阶段。从恒星演化的角度来看，有一个相当坚定的认识，那就是更多的大质量恒星的生命周期更短，而较小的大质量恒星的寿命更长。因此这颗炽热的伴星似乎在其演化过程中走得更远，尽管它现在的质量远不及它所环绕的那颗恒星。

如果没有质量的转移，这就说不通了质量转移改变了系统的重力平衡，而氦核恒星则远离它的怪物兄弟。这颗恒星传播得如此之远，以至于它通过引力与最外层的第三颗恒星相互作用，将其向内踢去。经过几次近距离的传球后，这颗恒星与它的重量级伙伴合并，产生物质流出。在合并的初始阶段，随着两颗恒星越来越近的螺旋旋转，喷出物变得越来越密集，膨胀速度也相对缓慢。后来，当这两颗内部恒星最终结合在一起时，发生了爆炸事件，爆炸释放出的物质运动速度比原来快了100倍。

这种材料最终赶上了缓慢的喷出物，并像扫雪机一样撞向它，加热材料并使其发光。这个发光的物质是一个半世纪前天文学家观测到的主要历史喷发的光源。与此同时，较小的氦核恒星进入椭圆轨道，每5.5年穿过巨大的恒星外层。这种相互作用产生x射线发射冲击波。更好地理解伊塔·卡里纳伊火山爆发的物理学，可能有助于揭示双星和多星之间复杂的相互作用，这对理解大质量恒星的演化和消亡至关重要。埃塔船底座星系距离船底座星云7500光年，这是一个巨大的恒星形成区域，在南方的天空中可以看到。该研究小组在8月2日刊登在英国《皇家天文学会月报》上的两篇论文中公布了他们的发现。